本发明涉及空间飞行器总体技术和卫星数字信号与图像处理领域，具体地，涉及静止卫星成像导航与配准恒星敏感东西参数提取方法。
背景技术：
：随着遥感卫星应用技术水平的提高，通常要求高精度静止卫星对地成像的图像被精确定位，并配准到地球标称网格。但卫星平台和遥感仪器受到空间力学环境、热环境变化等因素的影响，卫星会存在轨道漂移和姿态指向偏差，仪器会产生几何变形，影响遥感图像的定位与配准精度。“卫星成像导航与配准”技术可解决此类问题：卫星对遥感仪器的二维扫描机构进行实时角度增量补偿，将仪器观测点在地表的移动轨迹引导至预设路径，从而实现成像导航，使遥感图像配准到地球标称网格。静止遥感卫星在轨期间的仪器几何变形不可直接测量，可利用仪器对恒星进行敏感成像，获取恒星在探测器面阵内划过的运动轨迹，通过提取恒星运动规律和特征参数，与恒星在惯性系的实际位置对比可计算遥感仪器的在轨变形量。在恒心敏感过程中，亮度较小的恒星在探测器面阵内的有效投影可能小于一个像元的尺寸，则当投影完全处于某一像元内部时，则无法通过单次曝光数据确定恒星在这一像元内的具体位置，这将导致特征点提取的精度较低。另外，成像过程中会受到各种随机噪声的干扰，增大特征点提取的误差。J.LFiorello等人编写的NOAA的研究报告(1989年，编号N90-13422)对图像导航配准概念和原理进行了介绍，提出了通过仪器观测恒星获取仪器变形参数的方法，但未阐述对图像数据的处理方法；美国专利：Methodandapparatusforradiometerstarsensing(专利号US4801202)中描述了静止气象卫星的辐射计在轨观测恒星的方法，公开了对具体操作步骤等的技术方案，但未阐述对多帧恒星敏感图像数据的处理方法；美国专利：Sightingsbysatelliteforimagenavigation(专利号USUS4746976)中介绍了静止气象卫星仪器在轨观测恒星的位置和数量，公开了对观星时机和方向的选取等方法的技术方案，但未阐述对多帧恒星敏感图像数据提取东西方向参数的内容；李晓坤、王淦泉、陈桂林在科学技术与工程第7卷第6期(2007年3月)的文章《风云四号气象卫星扫描成像仪——可见光通道恒星敏感》中，介绍了风云四号卫星扫描成像仪通过恒星敏感解算仪器内部形变的方法，提出通过加权分析获得恒星划过探测器的位置，但没有融合多列探测器的数据，东西镜误差较大。技术实现要素：针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种静止卫星成像导航与配准恒星敏感东西参数提取方法。根据本发明提供的一种静止卫星成像导航与配准恒星敏感东西参数提取方法，包括如下步骤：从卫星遥感探测器拍摄的多帧恒星图片中，提取卫星遥感探测器面阵内每一列像元的总灰度值，得到每一列像元的总灰度值随时间的变化曲线；对于每一列像元，提取总灰度值随时间的变化曲线的对称轴所对应的时刻，作为恒星影像中心划过该列像元中心线的时刻；根据卫星遥感探测器面阵内各列像元的几何排布关系、星影像中心划过各列像元中心线的时刻，拟合出恒星影像中心在卫星遥感探测器面阵东西方向列坐标上的运动规律；根据恒星影像中心划过卫星遥感探测器面阵东西对称轴对应的列坐标、所述运动规律，获得恒星影像中心划过卫星遥感探测器面阵东西方向中心线的时刻。优选地，利用恒星影像进出静止卫星遥感探测器面阵上某一列像元的连续曝光数据，提取恒星影像引起该列像元总灰度值随时间的变化曲线，将所述变化曲线上升段和下降段半功率点时间的平均值作为恒星影像中心划过该列像元中心线的时刻。优选地，用线性模型拟合出恒星影像中心在卫星遥感探测器面阵东西方向列坐标上的运动规律。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、本发明可用于静止卫星成像导航与配准，获取仪器恒星敏感期间恒星划过探测器面阵中心的精确时间等参数，对遥感成像系统的在轨热变形辨识精度和成像导航与配准处理性能的提高有着重要的意义。2、为了提高恒星中心在静止卫星遥感探测器像元坐标系位置的提取精度，本发明充分利用了在多列阵探测器上连续多次曝光生成的多组成像数据，分别获取恒星划过每列探测器中心线的时刻，再通过曲线拟合获取恒星划过整个探测器面阵东西对称中心线的时间，从而提高精度。3、本发明方法面向工程实际，通过多帧数据信息处理和曲线拟合消除由探测器光学成像、电路噪声、卫星高频抖动等因素引起的星点位置高频误差，从而提高了恒星位置参数的识别精度，为后续的遥感仪器变形分析提供了精确的标定参数。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为发明实施步骤示意图。图2为某一列像元的总灰度值随时间变化关系曲线拟合。图3为恒星划过遥感探测器像元坐标示意图。图4为恒星划过探测器面阵的列坐标函数拟合。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。静止卫星高度约为35786km，卫星运行方向与地球自转方向相同、运行轨道接近地球赤道平面。从卫星看地球的视角，星载遥感仪器的探测器像元的列坐标对应东西方向，行坐标对应南北方向，恒星在探测器面阵上自西向东划过，如图3所示。当恒星有效影像完全处于探测器的一个像元内部时很难获取恒星影像中心的准确位置坐标。为了提高提取精度，本发明的思路是：利用恒星影像划过探测器阵列过程中多次曝光的遥感数据获取恒星影像中心划过每列像元中心线的时刻，再拟合出恒星在整个探测器面阵内的运动规律，并根据恒星影像的运动规律计算恒星影像中心划过探测器面阵东西方向中心线的精确时刻。具体地，本发明涉及了一种静止卫星成像导航与配准恒星敏感东西参数提取方法，公开了一种用于辨识静止遥感卫星仪器在轨热变形的恒星敏感(图1)东西方向特征参数获取方法。该方法确定了静止遥感卫星仪器视场中单个恒星划过探测器面阵(图3)东西方向中心的精确时间等参数。本发明充分利用了在多列阵探测器上连续多次曝光生成的多组成像数据，分别获取恒星划过每列探测器中心线的时刻，再通过曲线拟合获取恒星划过整个探测器面阵东西对称中心线的时间，实施步骤如图1所示。与利用单次曝光图片提取特征参数的方法相比，本发明可通过多帧数据信息融合处理和曲线拟合消除由探测器光学成像、电路噪声、卫星高频抖动等因素引起的星点位置高频误差，从而提高了恒星位置参数的识别精度。本发明可用于静止卫星成像导航与配准，通过获取恒星划过探测器面阵中心的精确时间等参数，对遥感成像系统的在轨热变形辨识精度和成像导航与配准处理性能的提高有着重要的意义。更为具体地，本发明提供的一种静止卫星成像导航与配准恒星敏感东西参数提取方法，包括：从卫星遥感探测器拍摄的多帧恒星图片中，提取卫星遥感探测器面阵内每一列像元的总灰度值，得到每一列像元的总灰度值随时间的变化曲线；具体地，由恒星运动规律可知，当恒星影像进入某一列像元时，该列像元的总灰度值将会逐渐增大；当恒星影像中心处于该列像元中间时，该列像元的总灰度值达到最大；当恒星影像慢慢滑出该列像元时，该列像元的总灰度值慢慢变小，如图2所示；对于每一列像元，提取总灰度值随时间的变化曲线的对称轴所对应的时刻，作为恒星影像中心划过该列像元中心线的时刻；由恒星影像亮度分布特性可知，当某列像元的灰度值达到最大时，恒星影像正好处于该列像元的中心。为了提高中心时间的提取精度，可采用半功率点法求中心轴。参考图2，t1为该列像元灰度值上升段半功率点对应的时刻；t2为该列像元灰度值下降段半功率点对应的时刻。考虑到恒星影像在探测器的运动为匀速运动，变化曲线的对称轴所对应的时刻tmid可写为：tmid＝(t1+t2)/2根据卫星遥感探测器面阵内各列像元的几何排布关系、星影像中心划过各列像元中心线的时刻，用线性模型拟合出恒星影像中心在卫星遥感探测器面阵东西方向列坐标上的运动规律；认为恒星影像中心在探测器面阵中的做匀速直线运动，可将恒星在探测器面阵内的东西方向列坐标与时间描述为线性关系：x＝Kt+B其中，x表示东西方向列坐标，t表示时间，K、B表示系数；计算出恒星影像中心处于每一列像元中心线的时刻后，再结合探测器上像元布局几何关系，带入式x＝Kt+B可得：t11t21......tn1KB=x1x2...xn]]>其中，tn表示星影像中心划过第n列像元中心线的时刻，xn表示第n列像元东西方向列坐标；可用最小二乘法对系数进行估计，获取K、B估计值，从而拟合出恒星影像中心在探测器面阵上划过的列坐标与时间关系(图4)；n为大于等于2的正整数。根据恒星影像中心划过卫星遥感探测器面阵东西对称轴对应的列坐标、所述运动规律，获得恒星影像中心划过卫星遥感探测器面阵东西方向中心线的时刻。其中，利用恒星影像进出静止卫星遥感探测器面阵上某一列像元的连续曝光数据，提取恒星影像引起该列像元总灰度值随时间的变化曲线，将所述变化曲线上升段和下降段半功率点时间的平均值作为恒星影像中心划过该列像元中心线的时刻。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。当前第1页1 2 3